EP4042540A1 - Ladegerät und verfahren zum betrieb des ladegerätes - Google Patents

Ladegerät und verfahren zum betrieb des ladegerätes

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EP4042540A1
EP4042540A1 EP20772283.6A EP20772283A EP4042540A1 EP 4042540 A1 EP4042540 A1 EP 4042540A1 EP 20772283 A EP20772283 A EP 20772283A EP 4042540 A1 EP4042540 A1 EP 4042540A1
Authority
EP
European Patent Office
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connection
switching element
diode
charger
low
Prior art date
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Pending
Application number
EP20772283.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Plum
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a charger and a method for operating the Ladege advises.
  • the invention also relates to a drive train with a charger, a vehicle with a drive train, and a computer program and a machine-readable storage medium.
  • Chargers for example in vehicles with an electric drive in an electric vehicle or a hybrid vehicle, are used to recharge batteries, preferably accumulators or traction batteries, from an electrical energy source, preferably alternating current sources or the public alternating current network. To do this, the charger converts sinusoidal alternating current from the energy source into direct current. With a single-phase alternating current, the power pulsates at twice the frequency of the alternating current.
  • Chargers preferably have two-stage power electronics.
  • a first stage forms the sinusoidal input current from the alternating current network, the so-called Power Factor Correction (PFC) stage.
  • a second stage consists of a DC / DC converter, which ensures galvanic isolation via a transformer and adjusts the voltage levels, preferably using an electrical circuit and a controller to set the output voltage or the output current.
  • An intermediate circuit capacitor is arranged between the two stages, which buffers the power pulsation at twice the frequency of the alternating current of the energy source. This intermediate circuit is typically implemented using an electrolytic capacitor.
  • topologies enable the maintenance of an almost sinusoidal input current on the network side to meet network-side standards, a galvanic separation between the network and vehicle to meet safety requirements and provide a constant output direct current on the side of the battery in order to minimize the load on the battery during charging.
  • a charger is provided with a first connection on the input side for connection to an electrical energy source, a second connection on the output side for connection to a battery to be charged and a transformer whose primary winding is electrically connected to the first connection via a primary circuit and whose secondary winding is connected via a Se secondary circuit is electrically connected to the second connection.
  • the primary circuit comprises a rectification circuit and a parallel connection of two branches, each with a high-side element and a low-side element.
  • a first branch comprises a first and a second series-connected capacitor and a first center tap between the capacitors, which is connected to a first connection pole of the primary winding.
  • a second branch comprises a first low-side switching element connected in series and a second high-side switching element connected in series with a second center tap between the switching elements, which is connected to a second connection pole of the primary winding, the intrinsic diodes of the first and second switching element of the are oriented in such a way that a flow from lowside to highside of the second two is enabled.
  • the secondary circuit comprises a parallel connection of two branches, the third and the fourth branch, each with a high-side element and a low-side element.
  • the third branch comprises a series connection of a first high-side diode and a third low-side switching element with a third center tap between the first diode and the third switching element, which is connected to a second connection pole of the secondary winding, the first diode and the intrinsic diode of the third switching element are aligned such that a current from low side to high side of the third branch is enabled.
  • the fourth branch comprises a series connection of a second high-side diode and a fourth low-side switching element with a fourth center tap between the second diode and the fourth switching element, which is connected to a first connection pole of the secondary winding, the second diode and the intrinsic diode of the fourth switching element are aligned such that a current from low side to high side of the fourth branch is made possible.
  • a first connection pole of the second connection is connected to the cathodes of the first and second diode and a second connection pole of the second connection is connected to the third and fourth switching elements at the ends of the third and fourth two.
  • An electrical energy source is preferably a single-phase alternating current network, preferably the public low-voltage network.
  • a battery to be charged is preferably an accumulator or a traction battery, by means of which energy an electric drive train of a vehicle is operated.
  • a rectification circuit is preferably a rectifier for converting the alternating current into a direct current.
  • a branch of a parallel circuit with a high-side element and a low-side element is preferably a half-bridge with two electrical, passive and / or active components and a center tap between the components.
  • the center tap of the half-bridge is supplied with electrical energy via the components, a first component on a first side of the center tap being referred to as highside and a second component on the other side of the center tap being referred to as lowside component.
  • Switching elements are preferably power semiconductor switches which comprise an intrinsic diode, preferably IGBTs or MOSFETs.
  • connection of, for example, a center tap to a connection pole preferably means the connection, contacting or connection of the components by means of an electrically conductive line or a galvanic connection.
  • a simplified circuit arrangement of a charger is advantageously provided, which enables an almost sinusoidal input current on the network side, a galvanic separation between the network and the vehicle and a constant output direct current.
  • the topology preferably uses only one coupled choke both as a transformer and as a PFC inductance.
  • the transformer is preferably used as a component for galvanic isolation and as a PFC inductance for the charger. This leads to a reduced volume of the charger.
  • the rectification circuit comprises a series-connected third high-side diode and a fourth low-side diode with a fifth center tap between the diodes, which is connected to a first connection pole of the first connection, the series being ge switched third highside diode and fourth lowside diode is connected in parallel to the first and second capacitor and the third and fourth diodes are aligned in such a way that a current from lowside to highside is enabled and the first center tap between the capacitors with a second connection pole of the first connection is connected.
  • the simple series connection of the diodes only enables the current to flow from the energy source in the desired direction into the primary circuit.
  • a simple rectification circuit for a simplified circuit arrangement of a charger is advantageously provided, which has a virtually Sinusoidal input current on the network side, galvanic separation between the network and the vehicle and a constant output direct current are all made possible.
  • the rectification circuit comprises a bridge rectifier with four diodes, which is connected on the input side to a first terminal and a second terminal of the first terminal, and on the output side is connected in parallel to the second capacitor.
  • the bridge rectifier enables current to flow from an energy source into the primary circuit regardless of its direction. Due to the two-way rectification, the half-oscillations of the (alternating current) energy source in the direct current circuit of the primary circuit have the same polarity.
  • An alternative rectification circuit for a simplified circuit arrangement of a charger is advantageously provided, which enables a nearly sinusoidal input current on the network side, a galvanic separation between the network and the vehicle and a constant output direct current.
  • the primary circuit is connected in parallel with a further fifth branch which comprises a third capacitor.
  • This third capacitor is preferably an electrolytic capacitor which buffers the pulsating power (twice the mains frequency) in the primary circuit.
  • a fourth capacitor is connected between the fourth Mittelab and the first connection pole of the secondary winding.
  • This fourth capacitor is preferably a foil or ceramic capacitor which is designed to compensate for line-frequency voltage components.
  • the invention also relates to a drive train of a vehicle with an inverter and an electrical machine, the drive train comprising at least one charger, as described above.
  • a drive train of an electric vehicle with a charger with a simplified circuit topology is advantageously provided.
  • the invention also relates to a vehicle with a drive train as described above be.
  • a vehicle with a charger with a simplified circuit topology is advantageously provided.
  • the invention also relates to a method for operating a charger as presented above with the following steps: Alternating switching on and off of the second and first switching element, with the fourth switching element being switched on and off at least once when the first switching element is switched on, with the second switching element being switched on the third switching element is switched on and off at least once.
  • the primary winding or main inductance and the third capacitor or the electrolyte capacitor are alternately charged when the energy source has a positive voltage.
  • the components swap their roles so that the primary winding and the third capacitor are charged as well.
  • the predeterminable switching frequency of the first and second switching element is significantly greater than the alternating current frequency of the energy source, so that during a phase of a positive mains voltage or a negative mains voltage, the first and second switching elements S1, S2 are switched on and off many times.
  • the first and second switching elements S1 and S2 are never switched on at the same time and a dead time is preferably observed after switching off a switching element and before switching on another switching element.
  • the duty cycle of the first and / or the second switching element regulates the input current.
  • the secondary coil absorbs energy by simply switching the fourth switching element on and off while the first switching element is switched on.
  • the energy from the secondary coil is provided at the output connections.
  • the output current and / or the output voltage is regulated by varying the duty cycle of the third and / or fourth switching element.
  • the main inductance of the transformer serves as a PFC choke.
  • the first and the second switching element S1 and S2 are always switched alternately with a defined duty cycle. Between switching off the first and second switching element S1 or S2 and switching on the second and first switching element S2 or S1, the dead times are kept in reserve to enable passive commutation of the current or to reliably prevent a bridge short circuit.
  • the mains voltage is positive, the third high-side diode is permanently conductive in this phase, i.e. it is only operated at mains frequency. The mains voltage is thus also applied to the first capacitor or the upper capacitor of the capacitor half-bridge.
  • the second switching element S2 is switched on.
  • the mains voltage is applied via the main inductance of the transformer and the result is an increasing current through the transformer.
  • the second switching element S2 is then switched off.
  • the current commutates passively to the reverse-conducting intrinsic diode of the first switching element S1, so that this switching element can be switched on with ZVS after a dead time.
  • the main inductance then preferably drives the current into the third capacitor or electrolytic capacitor. This is a step-up converter operation. Energy is stored in the third capacitor.
  • the first switching element Sl is switched off and the second switching element S2 is switched on again. The cycle described thus begins again. Operation works in a very similar way for negative mains voltages. All components swap their roles.
  • the fourth low-side diode is now conducting.
  • the first switching element S1 When the first switching element S1 is switched on, a current is built up again through the transformer (in the same direction as before). After this When the first switching element S1 is switched off, the second switching element S2 is switched on with ZVS and energy is supplied to the third capacitor in the process. This is also a step-up converter operation. By switching off the second switching element S2 and switching on the first switching element S1, the cycle begins again.
  • the fourth switching element S4 When the first switching element S1 is switched on, the fourth switching element S4 is switched on for voltage conversion. An increasing current builds up over the leakage inductance of the transformer.
  • the fourth capacitor or the series capacitance on the secondary side of the converter is preferably used as a DC block and is dimensioned so large that there is no substantial voltage change over a switching period.
  • the current automatically commutates to the second high-side diode in this branch and thus supplies current to the connected battery.
  • the current As soon as the first switching element S1 is switched off and the second switching element S2 is switched on after the dead time, the current commutates at a steep rate from the secondary side back to the primary side.
  • the third switching element S3 is now switched on.
  • the secondary-side current changes its sign and now flows backwards through the third switching element S3 and the fourth switching element S4.
  • the third switching element S3 is switched off and the current commutates to the corresponding first high-side diode and supplies current to the battery.
  • the cycle begins again.
  • the converter is preferably operated in continuous operation, ie the current in the secondary-side leakage inductance of the transformer does not have any phases in which it is zero. All switching elements are switched in the particularly low-loss ZVS. If the converter is operated in discontinuous operation, the transformer current on the secondary side has a pronounced phase in which it is zero. So it is an intermittent operation on the secondary side of the converter.
  • the first, second and fourth switching elements S1, S2 and S4 are switched with ZVS.
  • the third switching element S3 switches on with ZCS against a reduced voltage. This operating point also has low switching losses and thus also allows a high switching frequency.
  • the duty cycles of the first and second switching elements S1, S2 must not fall below or exceed certain minimum and maximum limits. This means that the converter can only draw current from the network up to a minimum input voltage. Therefore, in the region of the zero crossing of the voltage of the energy source, the current drawn from the energy source has regions in which it is zero and the third and fourth diodes of the diode half bridge block at the same time.
  • a method is advantageously provided with which the switching elements of the charging device are controlled in such a way that energy is transferred through the charging device from a connected energy source to a connected battery.
  • the invention also relates to a computer program which is set up to carry out the method described.
  • the invention also relates to a machine-readable storage medium on which the described computer program is stored.
  • Figure 1 a schematic representation of a first embodiment circuit topology for a charger
  • Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of a circuit topology for a charger
  • Figure 3 is a schematic representation of a third embodiment of a circuit topology for a charger
  • FIG. 4 shows a schematically illustrated vehicle with a drive train with a charging device
  • FIG. 5 shows a schematically illustrated flow chart for a method for operating a charger
  • FIG. 1 shows a charger 100 which, during operation, is electrically connected to a first connection 110_1, 110_2 on the input side with an energy source 200 and a second connection 190_1, 190_2 on the output side to a battery 300 to be charged.
  • the energy source 200 by means of which energy is to charge the battery, is preferably a single-phase alternating current source, for example the public power supply network.
  • the charger comprises a primary circuit 400 on the input side and a secondary circuit 500 on the output side.
  • the primary and secondary circuits are connected to one another, preferably inductively, but galvanically separated via the primary winding 150_1 of a transformer 150 and its secondary coil 150_2.
  • the primary circuit comprises a rectification circuit 405 and a parallel connection of two branches, each with a high-side element, preferably an electrical component, which is arranged on the high-side side of a half-bridge, and one Lowside element, preferably an electrical component, which is arranged on the lowside side of the half-bridge.
  • a first branch comprises a first and a second series-connected capacitor 422, 424 and a first central tap 426 between the capacitors.
  • the first center tap 426 is connected to a first connection pole 152 of the primary winding 150_1 of the transformer.
  • a second branch comprises a first low-side switching element S1 connected in series and a second high-side switching element S2 connected in series with a second center tap 436 between the switching elements S1, S2.
  • the second center tap 436 is connected to a second connection pole 154 of the primary winding 150_1.
  • the intrinsic diodes of the first and the second switching element S1, S2 are aligned in such a way that a current from low side to high side of the second branch is made possible.
  • the secondary circuit 500 comprises a parallel connection of two branches, each with a high-side element and a low-side element.
  • One of these branches, the third branch comprises a series connection of a first high-side diode 512 and a third low-side switching element S3 with a third center tap 516 between the first diode and the third switching element.
  • the third center tap 516 is connected to a second connection pole 158 of the secondary winding 150_2 of the transformer 150.
  • the first diode 512 and the intrinsic diode of the third switching element S3 are aligned in such a way that a current from low side to high side of the third branch is made possible.
  • Another branch of the secondary circuit, the fourth branch comprises a series connection of a second high-side diode 522 and a fourth low-side switching element S4 with a fourth center tap 526 between the second diode 522 and the fourth switching element S4.
  • the fourth center tap 526 is connected to a first connection pole 156 of the secondary winding 150_2 of the transformer 150.
  • the second diode 522 and the intrinsic diode of the fourth switching element S4 are aligned in such a way that a current from low side to high side of the fourth branch is made possible.
  • a first connection pole 190_1 of the second connection 190 is connected to the cathodes of the first and second diodes 512, 522 and a second connection pole 190_2 of the second connection 190 is connected to the third and fourth switching elements S3, S4 at the ends of the third and fourth branches .
  • the rectification circuit 405 according to FIG. 1 comprises a series-connected third high-side diode 412 and a fourth low-side diode 414 with a fifth center tap 416 between the third and fourth diodes 412, 414 fifth center tap is connected to a first connection pole 110_1 of the first connection.
  • the series-connected third high-side diode 412 and fourth low-side diode 414 are connected in parallel to the first and second capacitors 422, 424.
  • the third and fourth diodes are aligned in such a way that a current from lowside to highside is enabled.
  • the first center tap 426 between the capacitors is connected to a second connection pole 110_2 of the first connection.
  • a further fifth branch, which comprises a third capacitor 425, is preferably connected in parallel with the primary circuit 400.
  • a fourth capacitor 525 is preferably connected between the fourth center tap 526 and the first connection pole 156 of the secondary winding of the transformer 150.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a circuit topology for a charger.
  • the circuit topology and the reference characters largely correspond to the circuit topology shown in FIG.
  • the rectifier circuit 405 comprises a bridge rectifier with four diodes. On the input side, this is connected to a first connection pole 110_1 and a second connection pole 110_2 of the first connection and is connected in parallel to the second capacitor 424 on the output side.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a third embodiment of a circuit topology for a charger.
  • the circuit topology and the reference characters largely correspond to the circuit topology shown in FIG.
  • the secondary circuit 500 of the charger 100 comprises a parallel connection of two branches, each with a high-side element and a low-side element.
  • One of these branches, the third branch comprises a series connection of a first high-side diode 512 and a third low-side switching element S3 with a third center tap 516 between the first diode and the third switching element.
  • the third center tap 516 is connected to a second connection pole 158 of the secondary winding 150_2 of the transformer 150.
  • the first diode 512 and the intrinsic diode of the third switching element S3 are aligned in such a way that a current from low side to high side of the third branch is made possible.
  • Another branch of the secondary circuit comprises a series connection of a sixth capacitor 532 and a seventh capacitor 534 with a fourth center tap 526 between the sixth and seventh capacitor 532, 534.
  • the fourth center tap 526 is connected to a first terminal 156 of the secondary winding 150_2 of the transformer 150 is connected.
  • a first connection pole 190_1 of the second connection 190 is connected to the cathode of the first diode 512 and a second connection pole 190_2 of the second connection 190 is connected to the third switching element S3 at the end of the third and fourth branches.
  • FIG. 4 shows a schematically illustrated vehicle 600 with a drive train 650 with a charger 100.
  • vehicle 600 is shown here only as an example with four wheels, the invention being applied equally to any vehicles with any number of wheels on land, on water and can be used in the air.
  • the drive train 650 shown as an example comprises at least one charger 100.
  • the drive train further preferably comprises a battery 300, an inverter 640 and an electrical machine 630.
  • FIG. 5 shows a schematically illustrated flowchart for a method 700 for operating a charger 100.
  • the method 700 starts with step 705.
  • step 710 the second and first switching elements are alternately switched on and off.
  • the fourth switching element is switched on and off at least once.
  • the second switching element (730) is switched on, the third switching element is switched on and off at least once.
  • the method ends with step 740.

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Abstract

Ladegerät (100) mit einem eingangsseitigen ersten Anschluss (110_1, 110_2) zur Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle (200), einem ausgangsseitigen zweiten Anschluss (190_1, 190_2) zur Verbindung mit einer zu ladenden Batterie (300), und einem Transformator (150), dessen Primärwicklung (150_1) über eine Primärschaltung (400) mit dem ersten Anschluss (110_1, 110_2) elektrisch verbunden ist und dessen Sekundärwicklung (150_2) über eine Sekundärschaltung (500) mit dem zweiten Anschluss (190_1, 190_2) elektrisch verbunden ist.

Description

Beschreibung
Titel
Ladegerät und Verfahren zum Betrieb des Ladegerätes
Die Erfindung betrifft ein Ladegerät und ein Verfahren zum Betrieb des Ladege rätes. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem Ladegerät, ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein ma schinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Ladegeräte, beispielsweise in Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb in ei nem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, dienen zum Nachladen von Batterien, bevorzugt Akkumulatoren oder Traktionsbatterien, aus einer elektri schen Energiequelle, bevorzugt Wechselstromquellen oder dem öffentlichen Wechselstromnetz. Dazu wandelt das Ladegerät sinusförmigen Wechselstrom der Energiequelle in einen Gleichstrom um. Bei einem einphasigen Wechsel strom pulsiert die Leistung mit der doppelten Frequenz des Wechselstroms.
Ladegeräte weisen bevorzugt eine zweistufige Leistungselektronik auf. Eine erste Stufe formt den sinusförmigen Eingangsstrom aus dem Wechselstromnetz, die so genannte Power- Factor-Correction (PFC)-Stufe. Eine zweite Stufe besteht aus einem DC/DC Wandler, der die galvanische Trennung über einen Transfor mator sicherstellt und die Spannungsebenen anpasst, bevorzugt mittels einer elektrischen Schaltung und einer Regelung die Ausgangsspannung oder den Ausgangsstrom einstellt. Zwischen beiden Stufen ist ein Zwischenkreiskondensa tor angeordnet, der die Leistungspulsation in der doppelten Frequenz des Wech selstroms der Energiequelle puffert. Typischerweise wird dieser Zwischenkreis durch einen Elektrolytkondensator realisiert. Diese Topologien ermöglichen die Aufrechterhaltung eines nahezu sinusförmigen Eingangsstroms auf der Netzseite zur Erfüllung netzseitiger Normen, eine galvanische Trennung zwischen Netz und Fahrzeug zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen und Bereitstellung ei nes konstanten Ausgangsgleichstroms auf der Seite der Batterie, um die Belas tung der Batterie im Ladebetrieb zu minimieren.
Ausgehend von dieser zweistufigen Schaltungstopologie und deren Eigenschaf ten besteht der Bedarf nach vereinfachten Schaltungstopologien für kompakte und leichtere Ladegeräte, bevorzugt für Elektrofahrzeuge.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Ladegerät bereitgestellt mit einem eingangsseitigen ersten Anschluss zur Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, einem ausgangsseitigen zweiten Anschluss zur Verbindung mit einer zu ladenden Batterie und einem Transformator, dessen Primärwicklung über eine Primärschaltung mit dem ersten Anschluss elektrisch verbunden ist und dessen Sekundärwicklung über eine Se kundärschaltung mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden ist.
Die Primärschaltung umfasst eine Gleichrichtungsschaltung und eine Parallel schaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element. Ein erster Zweig umfasst einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalteten Kondensator und einen ersten Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren, welcher mit einem ersten Anschlusspol der Primärwicklung ver bunden ist. Ein zweiter Zweig umfasst ein in Reihe geschaltetes erstes Lowside- Schaltelement und ein zweites in Reihe geschaltetes Highside-Schaltelement mit einem zweiten Mittelabgriff zwischen den Schaltelementen, welcher mit einem zweiten Anschlusspol der Primärwicklung verbunden ist, wobei die intrinsischen Dioden des ersten und des zweiten Schaltelementes der art ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside des zweiten Zwei ges ermöglicht wird.
Die Sekundärschaltung umfasst eine Parallelschaltung von zwei Zweigen, dem dritten und dem vierten Zweig, mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element.
Der dritte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode und eines dritten Lowside-Schaltelementes mit einem dritten Mittelabgriff zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement, welcher mit einem zweiten An schlusspol der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die erste Diode und die intrinsische Diode des dritten Schaltelementes derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside des dritten Zweiges ermöglicht wird. Der vierte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer zweiten Highside-Diode und eines vierten Lowside-Schaltelementes mit einem vierten Mittelabgriff zwischen der zweiten Diode und dem vierten Schaltelement, welcher mit einem ersten An schlusspol der Sekundärwicklung verbunden ist, wobei die zweite Diode und die intrinsische Diode des vierten Schaltelementes derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside des vierten Zweiges ermöglicht wird. Ein erster Anschlusspol des zweiten Anschlusses ist mit den Kathoden der ersten und zweiten Diode und ein zweiter Anschlusspol des zweiten Anschlusses mit den dritten und vierten Schaltelementen an den Enden des dritten und vierten Zwei ges verbunden.
Eine elektrische Energiequelle ist bevorzugt ein einphasiges Wechselstromnetz, bevorzugt des öffentlichen Niederspannungsnetzes. Eine zu ladende Batterie ist bevorzugt ein Akkumulator oder eine Traktionsbatterie, mittels derer Energie ein elektrischer Antriebstrang eines Fahrzeugs betrieben wird. Eine Gleichrichtungs schaltung ist bevorzugt ein Gleichrichter zur Wandlung des Wechselstroms in ei nen Gleichstrom. Ein Zweig einer Parallelschaltung mit einem Highside-Element und einem Lowside-Element ist bevorzugt eine Halbbrücke mit zwei elektrischen, passiven und/ oder aktiven Bauelementen und einem Mittelabgriff zwischen den Bauelementen. Der Mittelabgriff der Halbbrücke wird über die Bauelemente mit elektrischer Energie versorgt, wobei ein erstes Bauelement auf einer ersten Seite des Mittelabgriffs als Highside und ein zweites Bauelement auf der anderen Seite des Mittelabgriffs als Lowside Bauelement bezeichnet wird. Schaltelemente sind bevorzugt Leistungshalbleiterschalter, welche eine intrinsische Diode umfassen, bevorzugt IGBTs oder MOSFETs. Bevorzugt bedeutet die Formulierung, Verbin den von bspw. einem Mittelabgriff mit einem Anschlusspol, das Anschließen, Kontaktieren oder Verbinden der Bauteile mittels einer elektrisch leitfähigen Lei tung oder einer galvanischen Verbindung. Vorteilhaft wird eine vereinfachte Schaltungsanordnung eines Ladegerätes be reitgestellt, welche einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom auf der Netz seite, eine galvanische Trennung zwischen Netz und Fahrzeug und einen kon stanten Ausgangsgleichstrom ermöglicht. Dies wird mit einer minimalen Anzahl von Bauelementen realisiert, was eine kostengünstige Herstellung eines auf die ser Topologie basierenden Ladegeräts ermöglicht. Es werden lediglich nur 4 Schaltelemente, bevorzugt aktive Halbleiterschalter verwendet, die bevorzugt im zero-voltage switching (ZVS) und/oder zero-current switching (ZCS) betrieben werden. Dadurch ergeben sich geringe Schaltverluste, was eine hohe Schaltfre quenz ermöglicht. Dies erlaubt die Verwendung kleiner passiver Bauelemente. Bevorzugt ist der Ansteueraufwand (Treiber, Logik, Prozessor) durch die geringe Anzahl der schaltenden Bauelemente deutlich reduziert. Es wird bevorzugt nur ein induktives Bauelement verwendet: Die Topologie verwendet bevorzugt nur eine gekoppelte Drossel sowohl als Transformator als auch als PFC-Induktivität. Bevorzugt wird der Transformator als Bauteil zur galvanischen Trennung und als PFC-Induktivität für das Ladegerät verwendet. Dies führt zu einem reduzierten Volumen des Ladegerätes.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleichrichtungsschal tung eine in Reihe geschaltete dritte Highside-Diode und eine vierte Lowside-Di- ode mit einem fünften Mittelabgriff zwischen den Dioden, welcher mit einem ers ten Anschlusspol des ersten Anschlusses verbunden ist, wobei die in Reihe ge schaltete dritte Highside-Diode und vierte Lowside-Diode dem ersten und zwei ten Kondensator parallelgeschaltet ist und wobei die dritte und die vierte Diode derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird und wobei der erste Mittelabgriff zwischen den Kondensatoren mit einem zweiten Anschlusspol des ersten Anschlusses verbunden ist.
Die einfache Reihenschaltung der Dioden ermöglicht lediglich den Stromfluss aus der Energiequelle in der gewünschten Richtung in die Primärschaltung.
Vorteilhaft wird eine einfache Gleichrichtungsschaltung für eine vereinfachte Schaltungsanordnung eines Ladegerätes bereitgestellt, welches einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom auf der Netzseite, eine galvanische Trennung zwi schen Netz und Fahrzeug und einen konstanten Ausgangsgleichstrom ermög licht.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleichrichtungsschal tung einen Brückengleichrichter mit vier Dioden, welcher eingangsseitig mit ei nem ersten Anschlusspol und einem zweiten Anschlusspol des ersten Anschlus ses verbunden ist, und ausgangsseitig zum zweiten Kondensator parallelge schaltet ist.
Der Brückengleichrichter ermöglicht den Stromfluss aus einer Energiequelle in die Primärschaltung unabhängig von dessen Richtung. Aufgrund der Zweiweg gleichrichtung sind die Halbschwingungen der (Wechselstrom-) Energiequelle im Gleichstromkreis der Primärschaltung gleich gepolt.
Vorteilhaft wird eine alternative Gleichrichtungsschaltung für eine vereinfachte Schaltungsanordnung eines Ladegerätes bereitgestellt, welches einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom auf der Netzseite, eine galvanische Trennung zwi schen Netz und Fahrzeug und einen konstanten Ausgangsgleichstrom ermög licht.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Primärschaltung ein weite rer fünfter Zweig parallelgeschaltet, welcher einen dritten Kondensator umfasst. Bevorzugt ist dieser dritte Kondensator ein Elektrolytkondensator, welcher die pulsierende Leistung (doppelte Netzfrequenz) in der Primärschaltung puffert. Vorteilhaft wird eine optimierte Primärschaltung für ein vereinfachtes Ladegerät bereitgestellt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den vierten Mittelab griff und den ersten Anschlusspol der Sekundärwicklung ein vierter Kondensator geschaltet. Bevorzugt ist dieser vierte Kondensator ein Folien- oder Keramikkon densator, der dazu ausgelegt ist, netzfrequente Spannungsanteile zu kompensie- ren. Vorteilhaft wird eine optimierte Sekundärschaltung für ein vereinfachtes Ladege rät bereitgestellt.
Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Wechselrichter und einer elektrischen Maschine, wobei der Antriebstrang min destens ein Ladegerät, wie oben beschrieben, umfasst. Vorteilhaft wird ein An triebsstrang eines elektrischen Fahrzeugs mit einem Ladegerät mit einer verein fachten Schaltungstopologie bereitgestellt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, wie oben be schrieben.
Vorteilhaft wird ein Fahrzeug mit einem Ladegerät mit einer vereinfachten Schal tungstopologie bereitgestellt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines wie oben vorgestell ten Ladegerätes mit den Schritten: Abwechselndes Ein- und Ausschalten des zweiten und des ersten Schaltelementes, wobei bei eingeschaltetem ersten Schaltelement das vierte Schaltelement mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet wird, wobei bei eingeschaltetem zweiten Schaltelement das dritte Schaltelement mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Mittels des abwechselnden Ein- und Ausschaltens des zweiten und des ersten Schaltelementes wird bei positiver Spannung der Energiequelle abwechselnd die Primärwicklung oder Hauptinduktivität und der dritte Kondensator oder der Elekt rolytkondensator geladen. Bei negativer Netzspannung tauschen die Bauele mente ihre Rollen, sodass ebenso die Primärwicklung und der dritte Kondensator geladen wird. Es liegt ein Hochsetzstellerbetrieb vor. Die vorgebbare Schaltfre quenz des ersten und zweiten Schaltelementes ist dabei deutlich größer als die Wechselstromfrequenz der Energiequelle, sodass während einer Phase einer po sitiven Netzspannung oder einer negativen Netzspannung das erste und das zweite Schaltelement Sl, S2 vielfach ein und ausgeschaltet werden. Zur Vermei dung eines Kurzschlusses werden das erste und das zweite Schaltelement Sl und S2 niemals gleichzeitig eingeschaltet und bevorzugt eine Totzeit eingehalten nach dem Ausschalten eines Schaltelementes und vor dem Einschalten eines anderen Schaltelementes. Mittels Variation des Tastgrads des ersten und/ oder zweiten Schaltelementes wird der Eingangsstrom geregelt. Mittels des mindes tens einfachen Ein- und Ausschalten des vierten Schaltelementes während das erste Schaltelement eingeschaltet ist, nimmt die Sekundärspule Energie auf. Mit tels des mindestens einfachen Ein- und Ausschalten des dritten Schaltelementes während das zweite Schaltelement eingeschaltet ist, wird die Energie aus der Sekundärspule an den Ausgangsanschlüssen bereitgestellt. Es liegt ebenfalls ein Hochsetzstellerbetrieb vor. Mittels Variation des Tastgrads des dritten und/ oder vierten Schaltelementes wird der Ausgangsstrom und/ oder die Ausgangsspan nung geregelt.
Die Hauptinduktivität des Transformators dient als PFC Drossel. Es werden vier Schaltzustände unterschieden. Das erste und das zweite Schaltelement S1 und S2 werden immer alternierend mit einem definierten duty-cycle geschaltet. Zwi schen dem Ausschalten des ersten und zweiten Schaltelementes S1 bzw. S2 und dem Einschalten des zweiten und ersten Schaltelementes S2 bzw. S1 wer den Totzeiten vorgehalten, um ein passives Kommutieren des Stromes zu er möglichen bzw. um einen Brückenkurzschluss sicher zu verhindern. Solange die Netzspannung positiv ist, ist die dritte Highside-Diode in dieser Phase dauerhaft leitend, wird also nur mit Netzfrequenz betrieben. Somit liegt die Netzspannung auch am ersten Kondensator oder oberen Kondensator der Kondensatorhalbbrü cke an. Zunächst wird das zweite Schaltelement S2 eingeschaltet. Die Netzspan nung wird über die Hauptinduktivität des Transformators angelegt und es ergibt sich ein steigender Strom durch den Transformator. Anschließend wird das zweite Schaltelement S2 abgeschaltet. Der Strom kommutiert passiv auf die rückwärtsleitende intrinsische Diode des ersten Schaltelementes Sl, so dass die ses Schaltelement nach einer Totzeit mit ZVS eingeschaltet werden kann. Die Hauptinduktivität treibt sodann bevorzugt den Strom in den dritten Kondensator oder Elektrolytkondensator. Es handelt sich hierbei um einen Hochsetzstellerbe trieb. Dabei wird Energie in dem dritten Kondensator gespeichert. Nach einer ge wissen Zeit wird das erste Schaltelement Sl abgeschaltet und das zweite Schalt element S2 wieder eingeschaltet. Somit beginnt der beschriebene Zyklus erneut. Auf sehr ähnliche Weise funktioniert der Betrieb für negative Netzspannungen. Dabei tauschen alle Bauelemente ihre Rollen. Jetzt leitet die vierte Lowside-Di- ode. Wenn das erste Schaltelement Sl eingeschaltet ist, wird wieder ein Strom durch den Transformator (in derselben Richtung wie zuvor) aufgebaut. Nach dem Abschalten des ersten Schaltelementes S1 wird das zweite Schaltelement S2 mit ZVS eingeschaltet und dabei Energie an den dritten Kondensator geliefert. Auch dies ist ein Hochsetzstellerbetrieb. Durch das Abschalten des zweiten Schaltele mentes S2 und das Einschalten des ersten Schaltelementes S1 beginnt der Zyk lus erneut.
Bei eingeschalteten ersten Schaltelement S1 wird zur Spannungswandlung das vierte Schaltelement S4 eingeschaltet. Es baut sich ein steigender Strom über der Streuinduktivität des Transformators auf. Bevorzugt dient der vierte Konden sator oder die Serienkapazität auf der Sekundärseite des Wandlers als DC-Block und ist so groß dimensioniert, dass sich über eine Schaltperiode keine wesentli che Spannungsänderung ergibt. Nach dem Abschalten des vierten Schaltele mentes kommutiert der Strom selbstständig auf die zweite Highside-Diode in die sem Zweig und liefert damit Strom an die angeschlossene Batterie. Sobald auf das erste Schaltelement S1 ausgeschaltet wird und das zweite Schaltelement S2 nach der Totzeit eingeschaltet wird, kommutiert der Strom mit steiler Rate von der Sekundärseite zurück auf die Primärseite. Jetzt wird das dritte Schaltelement S3 eingeschaltet. Der sekundärseitige Strom ändert sein Vorzeichen und fließt jetzt rückwärts durch das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4. Nach einer gewissen Zeitdauer wird das dritte Schaltelement S3 abgeschal tet und der Strom kommutiert auf die entsprechende erste Highside-Diode und liefert Strom an die Batterie. Mit dem Einschalten des ersten Schaltelementes S1 und des vierten Schaltelementes S4 beginnt der Zyklus erneut.
Der Wandler wird bevorzugt im kontinuierlichen Betrieb betrieben, d.h. der Strom in der sekundärseitigen Streuinduktivität des Transformators weist keine Phasen auf, in denen dieser Null ist. Alle Schaltelemente werden im besonders verlustar men ZVS geschaltet. Wird der Wandler im diskontinuierlichen Betrieb betrieben, so weist der sekundärseitige Transformatorstrom eine ausgeprägte Phase auf, in dem dieser Null ist. Es handelt sich also um einen lückenden Betrieb auf der Se kundärseite des Wandlers. In diesem Arbeitspunkt werden das erste, zweite und vierte Schaltelement Sl, S2 und S4 mit ZVS geschaltet. Das dritte Schaltelement S3 schaltet mit ZCS gegen eine reduzierte Spannung ein. Auch dieser Betriebs punkt weißt geringe Schaltverluste auf und erlaubt damit ebenfalls eine hohe Schaltfrequenz. Um jederzeit eine konstante Leistung an die Batterie übertragen zu können, dür fen die Tastgrade des ersten und des zweiten Schaltelementes Sl, S2 gewisse minimale und maximale Grenzen nicht unter- bzw- überschreiten. Daraus ergibt sich, dass der Wandler nur bis zu einer minimalen Eingangsspannung Strom aus dem Netz aufnehmen kann. Daher weist der der Energiequelle entnommene Strom im Bereich des Nulldurchgangs der Spannung der Energiequelle Bereiche auf, in denen dieser Null ist und dritte und die vierte Diode der Diodenhalbbrücke gleichzeitig sperren.
Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt mit dem die Schaltelemente des La degerätes so angesteuert werden, dass eine Energieübertragung durch das La degerät von einer angeschlossenen Energiequelle zu einer angeschlossenen Batterie erfolgt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das be schriebene Verfahren auszuführen.
Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des Ladegeräts entsprechend auf das Verfahren bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeich nungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform Schaltungstopolo gie für ein Ladegerät
Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schaltungs topologie für ein Ladegerät,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schaltungsto pologie für ein Ladegerät,
Figur 4 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang mit einem La degerät,
Figur 5 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betrieb ei nes Ladegeräts
Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur 1 zeigt ein Ladegerät 100, welches im Betrieb an einem eingangsseiti gen ersten Anschluss 110_1, 110_2 mit einer Energiequelle 200 und an einem ausgangsseitigen zweiten Anschluss 190_1, 190_2 mit einer zu ladenden Batte rie 300 elektrisch verbunden ist. Die Energiequelle 200, mittels derer Energie die Batterie aufgeladen soll, ist bevorzugt eine einphasige Wechselstromquelle, bei spielsweise das öffentliche Stromversorgungsnetz. Das Ladegerät umfasst ein gangsseitig eine Primärschaltung 400 und eine ausgangsseitige Sekundärschal tung 500. Primär- und Sekundärschaltung sind die über die Primärwicklung 150_1 eines Transformators 150 und dessen Sekundärspule 150_2 miteinander, bevorzugt induktiv, verbunden, jedoch galvanisch getrennt. Die Primärschaltung umfasst eine Gleichrichtungsschaltung 405 und eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element, bevorzugt ein elektrisches Bauele ment, welches Highside-seitig einer Halbbrücke angeordnet ist, und einem Lowside-Element, bevorzugt ein elektrisches Bauelement, welches Lowside-sei- tig der Halbbrücke angeordnet ist. Ein erster Zweig umfasst einen ersten und ei nen zweiten in Reihe geschalteten Kondensator 422, 424 und einen ersten Mit telabgriff 426 zwischen den Kondensatoren. Der erste Mittelabgriff 426 ist mit ei nem ersten Anschlusspol 152 der Primärwicklung 150_1 des Transformators ver bunden. Ein zweiter Zweig umfasst ein in Reihe geschaltetes erstes Lowside- Schaltelement S1 und ein zweites in Reihe geschaltetes Highside-Schaltelement S2 mit einem zweiten Mittelabgriff 436 zwischen den Schaltelementen Sl, S2. Der zweite Mittelabgriff 436 ist mit einem zweiten Anschlusspol 154 der Pri märwicklung 150_1 verbunden. Die intrinsischen Dioden des ersten und des zweiten Schaltelementes Sl, S2 sind derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des zweiten Zweiges ermöglicht wird. Die Sekundärschal tung 500 umfasst eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element. Einer dieser Zweige, der dritte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode 512 und eines dritten Lowside-Schaltelementes S3 mit einem dritten Mittelabgriff 516 zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement. Der dritte Mittelabgriff 516 ist mit einem zweiten Anschlusspol 158 der Sekundärwicklung 150_2 des Transfor mator 150 verbunden. Die erste Diode 512 und die intrinsische Diode des dritten Schaltelementes S3 ist derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des dritten Zweiges ermöglicht wird. Ein weiterer Zweig der Sekundär schaltung, der vierte Zweig, umfasst eine Reihenschaltung einer zweiten Highside-Diode 522 und eines vierten Lowside-Schaltelementes S4 mit einem vierten Mittelabgriff 526 zwischen der zweiten Diode 522 und dem vierten Schalt element S4. Der vierte Mittelabgriff 526 ist mit einem ersten Anschlusspol 156 der Sekundärwicklung 150_2 des Transformators 150 verbunden. Die zweite Di ode 522 und die intrinsische Diode des vierten Schaltelementes S4 sind derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des vierten Zweiges er möglicht wird. Ein erster Anschlusspol 190_1 des zweiten Anschlusses 190 ist mit den Kathoden der ersten und zweiten Diode 512, 522 und ein zweiter An schlusspol 190_2 des zweiten Anschlusses 190 ist mit den dritten und vierten Schaltelementen S3, S4 an den Enden des dritten und vierten Zweiges verbun den. Die Gleichrichtungsschaltung 405 gemäß Figur 1 umfasst eine in Reihe ge schaltete dritte Highside-Diode 412 und eine vierte Lowside-Diode 414 mit einem fünften Mittelabgriff 416 zwischen der dritten und vierten Diode 412, 414. Der fünfte Mittenabgriff ist mit einem ersten Anschlusspol 110_1 des ersten An schlusses verbunden. Die in Reihe geschaltete dritte Highside-Diode 412 und vierte Lowside-Diode 414 sind dem ersten und zweiten Kondensator 422, 424 parallelgeschaltet. Die dritte und die vierte Diode sind derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird. Der erste Mittelabgriff 426 zwischen den Kondensatoren ist mit einem zweiten Anschlusspol 110_2 des ersten Anschlusses verbunden. Bevorzugt ist der Primärschaltung 400 ein weite rer fünfter Zweig parallelgeschaltet, welcher einen dritten Kondensator 425 um fasst. Weiter ist bevorzugt zwischen den vierten Mittelabgriff 526 und den ersten Anschlusspol 156 der Sekundärwicklung des Transformators 150 ein vierter Kon densator 525 geschaltet.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Schaltungstopologie für ein Ladegerät. Die Schaltungstopologie und die Bezugs zeichen entsprechen weitgehend der in Figur 1 gezeigten Schaltungstopologie.
Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der in Figur 1 gezeigten Schal tungstopologie eingegangen. Die Gleichrichterschaltung 405 umfasst einen Brü ckengleichrichter mit vier Dioden. Eingangsseitig ist dieser mit einem ersten An schlusspol 110_1 und einem zweiten Anschlusspol 110_2 des ersten Anschlus ses verbunden und ausgangsseitig zum zweiten Kondensator 424 parallelge schaltet. Bevorzugt ist der Sekundärschaltung 500 ein weiterer sechster Zweig parallelgeschaltet, welcher einen fünften Kondensator 536 umfasst. Insbeson dere besteht im Unterschied zu der Topologie gemäß Figur 1 für beide Netzhalb wellen eine galvanische Verbindung nur mit dem zweiten Kondensator 424 be steht.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Schaltungstopologie für ein Ladegerät. Die Schaltungstopologie und die Bezugs zeichen entsprechen weitgehend der in Figur 2 gezeigten Schaltungstopologie.
Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu der in Figur 2 gezeigten Schal tungstopologie eingegangen. Die Sekundärschaltung 500 des Ladegerätes 100 umfasst eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside- Ele ment und einem Lowside-Element. Einer dieser Zweige, der dritte Zweig umfasst eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode 512 und eines dritten Lowside-Schaltelementes S3 mit einem dritten Mittelabgriff 516 zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement. Der dritte Mittelabgriff 516 ist mit einem zweiten Anschlusspol 158 der Sekundärwicklung 150_2 des Transforma tor 150 verbunden. Die erste Diode 512 und die intrinsische Diode des dritten Schaltelementes S3 ist derart ausgerichtet, dass ein Strom von Lowside zu Highside des dritten Zweiges ermöglicht wird. Ein weiterer Zweig der Sekundär schaltung, der vierte Zweig, umfasst eine Reihenschaltung eines sechsten Kon densators 532 und eines siebten Kondensators 534 mit einem vierten Mittelab griff 526 zwischen dem sechsten und dem siebten Kondensator 532, 534. Der vierte Mittelabgriff 526 ist mit einem ersten Anschlusspol 156 der Sekundärwick lung 150_2 des Transformators 150 verbunden. Ein erster Anschlusspol 190_1 des zweiten Anschlusses 190 ist mit der Kathode der ersten Diode 512 und ein zweiter Anschlusspol 190_2 des zweiten Anschlusses 190 ist mit dem dritten Schaltelement S3 am Ende des dritten und vierten Zweiges verbunden.
Die Figur 4 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 600 mit einem Antriebs strang 650 mit einem Ladegerät 100. Das Fahrzeug 600 ist hier nur beispielhaft mit vier Rädern dargestellt, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist. Der Beispielhaft dargestellte Antriebsstrang 650 umfasst mindestens ein Ladegerät 100. Weiter umfasst der Antriebsstrang bevorzugt eine Batterie 300, einen Wechselrichter 640 und eine elektrische Maschine 630.
Figur 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren 700 zum Betrieb eines Ladegeräts 100. Das Verfahren 700 startet mit dem Schritt 705. In Schritt 710 wird das das zweite und das erste Schaltelement ab wechselnd ein- und ausgeschaltet. Bei eingeschaltetem ersten Schaltelement (720) wird das vierte Schaltelement mindestens einmal eingeschaltet und ausge schaltet. Bei eingeschaltetem zweiten Schaltelement (730) wird das dritte Schalt element mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet. Mit Schritt 740 en det das Verfahren.

Claims

1. Ladegerät (100) mit: einem eingangsseitigen ersten Anschluss (110_1, 110_2) zur Verbindung mit ei ner elektrischen Energiequelle (200), einem ausgangsseitigen zweiten Anschluss (190_1, 190_2) zur Verbindung mit einer zu ladenden Batterie (300), einem Transformator (150), dessen Primärwicklung (150_1) über eine Primär schaltung (400) mit dem ersten Anschluss (110_1, 110_2) elektrisch verbunden ist und dessen Sekundärwicklung (150_2) über eine Sekundärschaltung (500) mit dem zweiten Anschluss (190_1, 190_2) elektrisch verbunden ist, wobei die Primärschaltung (400) eine Gleichrichtungsschaltung (405) und eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element und ei nem Lowside-Element umfasst mit: einem ersten Zweig, welcher einen ersten und einen zweiten in Reihe geschalte ten Kondensator (422, 424) umfasst mit einem ersten Mittelabgriff (426) zwi schen den Kondensatoren, welcher mit einem ersten Anschlusspol (152) der Pri märwicklung (150_1) verbunden ist, einem zweiten Zweig, welcher ein in Reihe geschaltetes erstes Lowside-Schalt- element (Sl) und ein zweites in Reihe geschaltetes Highside-Schaltelement (S2) umfasst mit einem zweiten Mittelabgriff (436) zwischen den Schaltelementen, welcher mit einem zweiten Anschlusspol (154) der Primärwicklung (150_1) ver bunden ist, wobei die intrinsischen Dioden des ersten und des zweiten Schaltelementes (Sl, S2) derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird, wobei die Sekundärschaltung (500) eine Parallelschaltung von zwei Zweigen mit jeweils einem Highside-Element und einem Lowside-Element umfasst mit: einem dritten Zweig, welcher eine Reihenschaltung einer ersten Highside-Diode (512) und eines dritten Lowside-Schaltelementes (S3) umfasst mit einem dritten Mittelabgriff (516) zwischen der ersten Diode und dem dritten Schaltelement, welcher mit einem zweiten Anschlusspol (158) der Sekundärwicklung (150_2) verbunden ist, wobei die erste Diode (512) und die intrinsische Diode des dritten Schaltelemen tes (S3) derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside er möglicht wird, einem vierten Zweig, welcher eine Reihenschaltung einer zweiten Highside-Di- ode (522) und eines vierten Lowside-Schaltelementes (S4) umfasst mit einem vierten Mittelabgriff (526) zwischen der zweiten Diode (522) und dem vierten Schaltelement (S4), welcher mit einem ersten Anschlusspol (156) der Sekun därwicklung (150_2) verbunden ist, wobei die zweite Diode (522) und die intrinsische Diode des vierten Schaltele mentes (S4) derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird, wobei ein erster Anschlusspol (190_1) des zweiten Anschlusses (190_1, 190_2) mit den Kathoden der ersten und zweiten Diode (512, 522) und ein zweiter An schlusspol (190_2) des zweiten Anschlusses (190_1, 190_2) mit den dritten und vierten Schaltelementen (S3, S4) an den Enden des dritten und vierten Zweiges verbunden ist.
2. Ladegerät (100) nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichtungsschaltung (405) eine in Reihe geschaltete dritte Highside-Diode (412) und eine vierte Lowside-Diode (414) umfasst mit einem fünften Mittelabgriff (416) zwischen den Dioden (412, 414), welcher mit einem ersten Anschlusspol (110_1) des ersten Anschlusses verbunden ist, wobei die in Reihe geschaltete dritte Highside-Diode (412) und vierte Lowside- Diode (414) dem ersten und zweiten Kondensator (422, 424) parallelgeschaltet ist und wobei die dritte und die vierte Diode derart ausgerichtet sind, dass ein Strom von Lowside zu Highside ermöglicht wird und wobei der erste Mittelabgriff (426) zwischen den Kondensatoren mit einem zweiten Anschlusspol (110_2) des ersten Anschlusses verbunden ist.
3. Ladegerät (100) nach Anspruch 1, wobei die Gleichrichtungsschaltung (405) einen Brückengleichrichter mit vier Dioden umfasst, welcher eingangsseitig mit einem ersten Anschlusspol (110_1) und einem zweiten Anschlusspol (110_2) des ersten Anschlusses verbunden ist, und ausgangsseitig zum zweiten Konden sator (424) parallelgeschaltet ist.
4. Ladegerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Primärschaltung (400) ein weiterer fünfter Zweig parallelgeschaltet ist, welcher einen dritten Kondensator (425) umfasst.
5. Ladegerät (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwi schen den vierten Mittelabgriff (526) und den ersten Anschlusspol (156) der Se kundärwicklung ein vierter Kondensator (525) geschaltet ist.
6. Antriebsstrang (650) eines Fahrzeugs (600) mit einem Wechselrichter (640) und einer elektrischen Maschine (630), wobei der Antriebstrang mindes tens ein Ladegerät (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
7. Fahrzeug (600) mit einem Antriebsstrang (650) nach Anspruch 4.
8. Verfahren (700) zum Betrieb eines Ladegerätes (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den Schritten:
Abwechselndes Ein- und Ausschalten (710) des zweiten und des ersten Schalt elementes (S2, Sl), wobei bei eingeschaltetem ersten Schaltelement (Sl) (720) das vierte Schaltele ment (S4) mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet wird und wobei bei eingeschaltetem zweiten Schaltelement (S2) (730) das dritte Schaltele ment (S3) mindestens einmal eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
9. Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren (700) nach An spruch 8 auszuführen.
10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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